基于单片机的智能小车的设计与制作

　　・380・计算机测量与控制.2009.17(2)　ComputerMeasurement&Control　

设计与应用

文章编号:1671-4598(2009)02-0380-03　　　　　　中图分类号:TP33　　　　　　文献标识码:B

基于单片机的智能小车的设计与制作

董　涛,刘进英,蒋　苏

(连云港工贸高等职业技术学校电气自动化系,江苏连云港　222002)

摘要:主要介绍了一种具有红外遥控、自动避障、智能寻径等功能的智能小车的设计与制作;,直流电机及其控制电路为整个系统的驱动部分,STC89C52单片机为整个系统的控制核心,采用IRM-2638车的遥控,加以多种传感器以实现小车的自动避障与智能寻径等功能;车状态;该小车工作稳定,可用于各种机器人比赛。

关键词:智能小车;STC89C52单片机;传感器;红外遥控

DesignandRealizationofSingleChipControl

Tao,JiangSu

(Department,LianYungangSeniorVocationalSchool

andCommerce,LianYungang　222002,China)

Abstract:akindofcurrentintelligentelectriccar,whichhasdifferentfunctionssuchasIRRemotecontrol,auto2maticallyevading,intelligentizedlysearchingroutes.Thebodyworkofthiscarismadeupofminicaranditcanbedrovebydirectcur2rentelectromotor.ThesinglechipSTC89C52isthecoreofcontrollingsystem.Throughreceivingthecontrolsignalbyinfraredreceiverthewholesystemrealizesremotecontrol.Thefunctionsofautomaticallyevadingbarrierandintelligentizedlysearchingroutescanberealizedthoughtransducers.Inaddition,theon-linestateofthecarcanbedisplayedthroughtwodigitaltubes.ThisMiniCarworkssteadily,anditcanbeusedinmultifoldRobotMatch.

Keywords:intelligentminicar;thesinglechipofSTC89C52;transducer;InfraredRemotecontrol

0　引言

机器人比赛是近几年在国际上迅速开展起来的一项高科技活动,虽然历史不长,但由于集高新技术、娱乐、比赛于一体,所以引起了众多学者的广泛关注和极大的兴趣。机器人小车子系统作为整个系统的执行机构,其性能好坏对整个系统起着至关重要的作用。本文给出了一种基于单片机的红外可控与自动智能车的设计,它针对比赛要求,给出了遥控与自动两方面的实现,用户在此基础上可以方便地进行二次开发,从而实现比赛要求的各项功能[1]。

111　电机控制模块

本系统为智能电动车,对于电动车来说,其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。直流减速电机转动力矩大,体积小,重量轻,装配简单,使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力,带动变速(减速)齿轮组,可以产生大扭力。这里选用的直流电机减速比为1∶74,减速后电机的转速为

100r/min。车轮直径为6cm,因此小车的最大速度可以达到

V=2πr・v=[**************]/60=01314m/s

　　小车电机部分的设计考虑到比赛现场对小车运动的灵活性有较高的要求,不同于常见的遥控小车,采用对左右车轮独立控制的控制方式,可以同时前转、后转、反向旋转或者一侧转动一侧停止,也可以完成原地转弯,旋转等动作,因而适合沿曲折路线前进。在走迷宫等应用时也有巨大的优势。其一侧车轮硬件电路如图1所示。

由图1可知,当左侧输入高电平时,三极管Q7导通,Q7导通后,电压加在Q8的基极,继而Q8导通。Q7、Q8导通后,会使Q7的集电极得到大约1V的电压,此电压加在Q9的基极上后,会使Q9导通。当Q8、Q9导通后,电流从电机负端进入正端,从而驱动电机反转。同理,当右侧输入高电平时,电流反向,可使电机正转。但是左右两侧不可同时为高电平,否则会使左右两侧的桥臂上下直通,很容易烧毁三极管。

将左端接至单片机的P110,右端接至P111,通过对此两口的高低电平输出控制即可控制右轮的正反转。另外,在小车处于自动寻径状态时,由于需要自动搜索,如果小车速度过快,惯性过大,很容易脱离控制,此时可以通过输出PWM波来控制小车的转速[5]。

1　系统总体设计

在对小车的控制方式上,当前的比赛一般分为两大要求:人工方式与自动方式。人工方式即由人参与小车的运行控制,控制者根据比赛要求与现场情况,发出控制指令,控制小车实现各种动作;自动方式则相反,即在小车的运动过程中,不允许人工干预,小车通过各种传感器得到现场信号,然后小车中心控制单元根据这些信号与比赛要求,自动完成各种动作。本车在人工方式方面,采用红外遥控。通过红外控制器,可以实现小车调速、前进、后退、拐弯加速、减速等动作。在自动方式方面,采用光电避障传感器以检测障碍物,采用黑白线检测传感器检测路径,以实现小车自动避障寻径运行。为了方便用户了解小车运行状态、运行速度等数据,还配备了两块数码显示管对小车的即时状态予以显示。

收稿日期:2008-06-27;　修回日期:2008-07-21。

作者简介:董　涛(1979-),女,山东德州人,讲师,硕士,主要从事计算机应用与控制方向的研究。

中华测控网

chinamca.com

第2期董　涛,等:基于单片机的智能小车的设计与制作　・381・　

当发射器按键按下后,即有遥控码发出,所按的键不同遥

控编码也不同。这种遥控码具有以下特征:采用脉宽调制的串行码,以脉宽为01565ms、间隔0156ms、周期为11125ms的组合表示二进制的“0”;以脉宽为01565ms、间隔11685ms、周期为2125ms的组合表示二进制的“1”,其波形如图2所示。

解码的关键是如何识别“0”和“1”,从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0156ms的低电平开始,不同的是高电平的宽度不同,“0”为0156ms,“11168ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”0156ms低电平过后,,0156,说明该位为”,1,延时必须比0156,112否则如果该位为“0”,读,因此取(1112ms+0156ms)/2=

,一般取0184ms左右均可。

图1　电机驱动原理图

112　红外控制模块

红外通信是利用950息的媒体,()方式,,并驱动红外发;接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器

。

本设计采用基于HT6221遥控器芯片开发的万用控制器作为控制器,采用IRM-2638红外接收器作为接收端。经过试验可以在8m左右范围内准确的进行发送接收。具体的程序流程图如图3所示。

113　光电避障模块

光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束,被物体阻断或部分反射,受光器最终据此作出判断反应,是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射,由同步回路选通而检测物体的有无,其物体不限于金属,对所有能反射光线的物体均能检测。本设计采用的光电传感器为NPN常开型反射式传感器,自发自收。工作电压为5V,工作电流为100mA。有效测量距离为80cm。易于装配,使用方便,可以很方便地实现小车的避障等功能。该传感器为开关量传感器,输出的为1,0开关量信号,可以和单片机直接连接使用。

其中,红线接正极,绿线接负极,黄线通过开关接至单片机的INT1端,当无障碍物时,输出为高电平;当有障碍物时,输出低电平,触发中断,小车随即做出避障动作。

114　黑白线检测模块

图2　遥控码的“0”和“1”

本设计采用基于HT6221遥控器芯片开发的万用控制器作

为控制器,采用IRM-2638红外接收器作为接收端。经过试验可以在8m左右范围内准确地进行发送接收。通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作,如图2所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器;接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路

。

黑白线检测传感器采用TK-20黑白线检测传感器,该传感器是TK-10的升级版,有效探测距离达5cm。通过调节电位器,最远可以达到10cm。这款黑白线传感器继承了TK

-10的受可见光干扰小,输出信号为开关量,信号处理简单,

使用非常方便外,还增加了探测距离调节器、改进了探测距离、加强了探测精度。该传感器为开关量传感器,输出为

TTL电平,可以直接和单片机连接,但需要在输出端加上拉

电阻。

为了检测小车相对黑线的运动状态,本设计使用了3个黑白线检测传感器,分别装在小车底部的左边、中间和右边,通过3个传感器的输出来确定小车的运行状态。它们的关系如表1所示。

表1　黑白检测状态图

左传感输出

101

中传感输出

011

右传感输出

110

图3　红外遥控解码流程图

小车状态

正常,直前行左偏,需右转右偏,需左转

中华测控网

chinamca.

com

　・382・　计算机测量与控制　

状态和小车运行速度。

212　软件流程图

第17卷

3　结束语

本文介绍了基于单片机STC89C52的红外遥控小电车控制系统的硬件和软件设计。由于采用模块化设计,本系统具有良好的可升级性和扩展性。采用单片机进行控制处理,它具有编程灵活自由、易于控制、稳定性能好、扩展容易等优点。本控制系统是以为核心,经过调试,实现了小车的调速、左转、右转、,。

:

[1]王建飞.基于单片机控制的自动往返小汽车的新设

计[J].现代与电子技术,2006,234(19):127

-129.

图[2]JoyceVandeVegte.FundamentalsofDigitalsignal

Processing.第一版[M].北京:电子工业出版

　　其具体的硬件连线如上面所介绍的红外避障传感器,并需外接上拉电阻。中传感器与红外避障传感器并联至INT1口,通过开关选择小车工作于避障或自动寻径等不同状态。

115　显示模块

社,2003.

[3]丁元杰.单片微机原理与应用(第二版)

[M].北京:机械工业

出版社,2003.

[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版

数码管由于显示速度快,使用简单,显示效果简洁明了而得到了广泛应用。本智能小车的显示内容主要为小车速度、小

车运行状态(可控、自动避障、自动寻径)等,内容较为简单,采用7段数码管足以满足要求。由于数码管显示驱动较为简单且技术成熟,在此不在赘述

。

社,1996.

[5]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术

[M].北京:航空航天大学出版社,1990.[6]刘全盛.数字电子技术(第一版)

[M].北京:机械工业出版

社,2000.

[7]李　华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:航空航

2　硬件电路搭建及软件设计

211　整体硬件电路图

天大学出版社,1993.

如图4所示,红外一体接头直接连接至外部中断0,用于接受控制信号。红外避障传感器与黑白线检测传感器A通过

S2连接至外部中断1,通过S2切换决定小车工作与红外避障

(上接第379页)参考文献:

[1]吴又美,鄢小清.基于LXI仪器总线的分布式测试系统[J].计算

或自动寻径状态。P110～P113分别连接至Right0、Right1、

Left0与Left1,控制电机运行,从而控制小车运行状态。P0

机测量与控制,2007,15(12):1685.

[2]Anon,InstrumentstakeLANplatform[J].EuropeanBusiness

Press,2004:18.

[3]周　射.基于LXI的数据采集模块的研究与设计[D].电子科技大

口与P2口分别控制一个七段数码管,分别用于显示小车运行

学,2007,47-52.

[4]LXIConsortium,LXIStandardRevision110[S].September23,

2005Edition.

[5]IVIFoundation,IVI-312:InherentCapabilitiesSpecificationRevi2

sion110[S].2005.

[6]VXIbusconsortium.VXIBusTCP/IPInstrumentProtocolSpecifi2

cationVXI-11Revision110[S].1995.

[7]薛炳如.闸门时间修正法测频[J].电子测量技术,1993,

32-35.

[8]王　磊.高速隔离计数器的研制[D].哈尔滨工业大学硕士论文,

2006,32-33.

(3):

图5　软件流程图

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　　・380・计算机测量与控制.2009.17(2)　ComputerMeasurement&Control　

设计与应用

文章编号:1671-4598(2009)02-0380-03　　　　　　中图分类号:TP33　　　　　　文献标识码:B

基于单片机的智能小车的设计与制作

董　涛,刘进英,蒋　苏

(连云港工贸高等职业技术学校电气自动化系,江苏连云港　222002)

摘要:主要介绍了一种具有红外遥控、自动避障、智能寻径等功能的智能小车的设计与制作;,直流电机及其控制电路为整个系统的驱动部分,STC89C52单片机为整个系统的控制核心,采用IRM-2638车的遥控,加以多种传感器以实现小车的自动避障与智能寻径等功能;车状态;该小车工作稳定,可用于各种机器人比赛。

关键词:智能小车;STC89C52单片机;传感器;红外遥控

DesignandRealizationofSingleChipControl

Tao,JiangSu

(Department,LianYungangSeniorVocationalSchool

andCommerce,LianYungang　222002,China)

Abstract:akindofcurrentintelligentelectriccar,whichhasdifferentfunctionssuchasIRRemotecontrol,auto2maticallyevading,intelligentizedlysearchingroutes.Thebodyworkofthiscarismadeupofminicaranditcanbedrovebydirectcur2rentelectromotor.ThesinglechipSTC89C52isthecoreofcontrollingsystem.Throughreceivingthecontrolsignalbyinfraredreceiverthewholesystemrealizesremotecontrol.Thefunctionsofautomaticallyevadingbarrierandintelligentizedlysearchingroutescanberealizedthoughtransducers.Inaddition,theon-linestateofthecarcanbedisplayedthroughtwodigitaltubes.ThisMiniCarworkssteadily,anditcanbeusedinmultifoldRobotMatch.

Keywords:intelligentminicar;thesinglechipofSTC89C52;transducer;InfraredRemotecontrol

0　引言

机器人比赛是近几年在国际上迅速开展起来的一项高科技活动,虽然历史不长,但由于集高新技术、娱乐、比赛于一体,所以引起了众多学者的广泛关注和极大的兴趣。机器人小车子系统作为整个系统的执行机构,其性能好坏对整个系统起着至关重要的作用。本文给出了一种基于单片机的红外可控与自动智能车的设计,它针对比赛要求,给出了遥控与自动两方面的实现,用户在此基础上可以方便地进行二次开发,从而实现比赛要求的各项功能[1]。

111　电机控制模块

本系统为智能电动车,对于电动车来说,其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。直流减速电机转动力矩大,体积小,重量轻,装配简单,使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力,带动变速(减速)齿轮组,可以产生大扭力。这里选用的直流电机减速比为1∶74,减速后电机的转速为

100r/min。车轮直径为6cm,因此小车的最大速度可以达到

V=2πr・v=[**************]/60=01314m/s

　　小车电机部分的设计考虑到比赛现场对小车运动的灵活性有较高的要求,不同于常见的遥控小车,采用对左右车轮独立控制的控制方式,可以同时前转、后转、反向旋转或者一侧转动一侧停止,也可以完成原地转弯,旋转等动作,因而适合沿曲折路线前进。在走迷宫等应用时也有巨大的优势。其一侧车轮硬件电路如图1所示。

由图1可知,当左侧输入高电平时,三极管Q7导通,Q7导通后,电压加在Q8的基极,继而Q8导通。Q7、Q8导通后,会使Q7的集电极得到大约1V的电压,此电压加在Q9的基极上后,会使Q9导通。当Q8、Q9导通后,电流从电机负端进入正端,从而驱动电机反转。同理,当右侧输入高电平时,电流反向,可使电机正转。但是左右两侧不可同时为高电平,否则会使左右两侧的桥臂上下直通,很容易烧毁三极管。

将左端接至单片机的P110,右端接至P111,通过对此两口的高低电平输出控制即可控制右轮的正反转。另外,在小车处于自动寻径状态时,由于需要自动搜索,如果小车速度过快,惯性过大,很容易脱离控制,此时可以通过输出PWM波来控制小车的转速[5]。

1　系统总体设计

在对小车的控制方式上,当前的比赛一般分为两大要求:人工方式与自动方式。人工方式即由人参与小车的运行控制,控制者根据比赛要求与现场情况,发出控制指令,控制小车实现各种动作;自动方式则相反,即在小车的运动过程中,不允许人工干预,小车通过各种传感器得到现场信号,然后小车中心控制单元根据这些信号与比赛要求,自动完成各种动作。本车在人工方式方面,采用红外遥控。通过红外控制器,可以实现小车调速、前进、后退、拐弯加速、减速等动作。在自动方式方面,采用光电避障传感器以检测障碍物,采用黑白线检测传感器检测路径,以实现小车自动避障寻径运行。为了方便用户了解小车运行状态、运行速度等数据,还配备了两块数码显示管对小车的即时状态予以显示。

收稿日期:2008-06-27;　修回日期:2008-07-21。

作者简介:董　涛(1979-),女,山东德州人,讲师,硕士,主要从事计算机应用与控制方向的研究。

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第2期董　涛,等:基于单片机的智能小车的设计与制作　・381・　

当发射器按键按下后,即有遥控码发出,所按的键不同遥

控编码也不同。这种遥控码具有以下特征:采用脉宽调制的串行码,以脉宽为01565ms、间隔0156ms、周期为11125ms的组合表示二进制的“0”;以脉宽为01565ms、间隔11685ms、周期为2125ms的组合表示二进制的“1”,其波形如图2所示。

解码的关键是如何识别“0”和“1”,从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0156ms的低电平开始,不同的是高电平的宽度不同,“0”为0156ms,“11168ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”0156ms低电平过后,,0156,说明该位为”,1,延时必须比0156,112否则如果该位为“0”,读,因此取(1112ms+0156ms)/2=

,一般取0184ms左右均可。

图1　电机驱动原理图

112　红外控制模块

红外通信是利用950息的媒体,()方式,,并驱动红外发;接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器

。

本设计采用基于HT6221遥控器芯片开发的万用控制器作为控制器,采用IRM-2638红外接收器作为接收端。经过试验可以在8m左右范围内准确的进行发送接收。具体的程序流程图如图3所示。

113　光电避障模块

光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束,被物体阻断或部分反射,受光器最终据此作出判断反应,是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射,由同步回路选通而检测物体的有无,其物体不限于金属,对所有能反射光线的物体均能检测。本设计采用的光电传感器为NPN常开型反射式传感器,自发自收。工作电压为5V,工作电流为100mA。有效测量距离为80cm。易于装配,使用方便,可以很方便地实现小车的避障等功能。该传感器为开关量传感器,输出的为1,0开关量信号,可以和单片机直接连接使用。

其中,红线接正极,绿线接负极,黄线通过开关接至单片机的INT1端,当无障碍物时,输出为高电平;当有障碍物时,输出低电平,触发中断,小车随即做出避障动作。

114　黑白线检测模块

图2　遥控码的“0”和“1”

本设计采用基于HT6221遥控器芯片开发的万用控制器作

为控制器,采用IRM-2638红外接收器作为接收端。经过试验可以在8m左右范围内准确地进行发送接收。通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作,如图2所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器;接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路

。

黑白线检测传感器采用TK-20黑白线检测传感器,该传感器是TK-10的升级版,有效探测距离达5cm。通过调节电位器,最远可以达到10cm。这款黑白线传感器继承了TK

-10的受可见光干扰小,输出信号为开关量,信号处理简单,

使用非常方便外,还增加了探测距离调节器、改进了探测距离、加强了探测精度。该传感器为开关量传感器,输出为

TTL电平,可以直接和单片机连接,但需要在输出端加上拉

电阻。

为了检测小车相对黑线的运动状态,本设计使用了3个黑白线检测传感器,分别装在小车底部的左边、中间和右边,通过3个传感器的输出来确定小车的运行状态。它们的关系如表1所示。

表1　黑白检测状态图

左传感输出

101

中传感输出

011

右传感输出

110

图3　红外遥控解码流程图

小车状态

正常,直前行左偏,需右转右偏,需左转

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状态和小车运行速度。

212　软件流程图

第17卷

3　结束语

本文介绍了基于单片机STC89C52的红外遥控小电车控制系统的硬件和软件设计。由于采用模块化设计,本系统具有良好的可升级性和扩展性。采用单片机进行控制处理,它具有编程灵活自由、易于控制、稳定性能好、扩展容易等优点。本控制系统是以为核心,经过调试,实现了小车的调速、左转、右转、,。

:

[1]王建飞.基于单片机控制的自动往返小汽车的新设

计[J].现代与电子技术,2006,234(19):127

-129.

图[2]JoyceVandeVegte.FundamentalsofDigitalsignal

Processing.第一版[M].北京:电子工业出版

　　其具体的硬件连线如上面所介绍的红外避障传感器,并需外接上拉电阻。中传感器与红外避障传感器并联至INT1口,通过开关选择小车工作于避障或自动寻径等不同状态。

115　显示模块

社,2003.

[3]丁元杰.单片微机原理与应用(第二版)

[M].北京:机械工业

出版社,2003.

[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版

数码管由于显示速度快,使用简单,显示效果简洁明了而得到了广泛应用。本智能小车的显示内容主要为小车速度、小

车运行状态(可控、自动避障、自动寻径)等,内容较为简单,采用7段数码管足以满足要求。由于数码管显示驱动较为简单且技术成熟,在此不在赘述

。

社,1996.

[5]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术

[M].北京:航空航天大学出版社,1990.[6]刘全盛.数字电子技术(第一版)

[M].北京:机械工业出版

社,2000.

[7]李　华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:航空航

2　硬件电路搭建及软件设计

211　整体硬件电路图

天大学出版社,1993.

如图4所示,红外一体接头直接连接至外部中断0,用于接受控制信号。红外避障传感器与黑白线检测传感器A通过

S2连接至外部中断1,通过S2切换决定小车工作与红外避障

(上接第379页)参考文献:

[1]吴又美,鄢小清.基于LXI仪器总线的分布式测试系统[J].计算

或自动寻径状态。P110～P113分别连接至Right0、Right1、

Left0与Left1,控制电机运行,从而控制小车运行状态。P0

机测量与控制,2007,15(12):1685.

[2]Anon,InstrumentstakeLANplatform[J].EuropeanBusiness

Press,2004:18.

[3]周　射.基于LXI的数据采集模块的研究与设计[D].电子科技大

口与P2口分别控制一个七段数码管,分别用于显示小车运行

学,2007,47-52.

[4]LXIConsortium,LXIStandardRevision110[S].September23,

2005Edition.

[5]IVIFoundation,IVI-312:InherentCapabilitiesSpecificationRevi2

sion110[S].2005.

[6]VXIbusconsortium.VXIBusTCP/IPInstrumentProtocolSpecifi2

cationVXI-11Revision110[S].1995.

[7]薛炳如.闸门时间修正法测频[J].电子测量技术,1993,

32-35.

[8]王　磊.高速隔离计数器的研制[D].哈尔滨工业大学硕士论文,

2006,32-33.

(3):

图5　软件流程图

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